APLICABILIDADE DA CINZA DE CALDEIRA A COQUE EM CAMADAS DE PAVIMENTOS

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Aplicabilidade da Cinza de Caldeira a Coque em Camadas de 
Pavimentos 
 
 
Virlene Leite Silveira 
Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, Brasil, virlene_cea@hotmail.com 
 
Claudeny Simone Alves Santana 
Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, Brasil, cl_deny@yahoo.com.br 
 
Antônio Carlos Rodriguês Guimarães 
Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, Brasil, guimaraes@ime.eb.br 
 
RESUMO: A cinza de caldeira a coque é um “rejeito” oriundo do processo de geração de vapor em 
caldeira da indústria de metalurgia de níquel. As cinzas encontram-se no grupo de rejeitos 
industriais gerados em grande volume e muitas vezes são descartadas inadequadamente, por 
apresentar demanda de custos relativos à sua estocagem e destinação final. Neste contexto, o 
principal esforço de gestão ambiental neste cenário é analisar potencialidades de uso deste 
subproduto em outros processos industriais. Este estudo apresenta a caracterização da cinza de 
caldeira a coque, tendo como objetivo avaliar sua aplicabilidade em camadas de pavimentos 
rodoviários, especificamente nas camadas de base e sub-base, através da mistura desta cinza com 
solo típico da sua região de origem. Dentre os ensaios realizados destacam-se ensaios de 
caracterização física (granulometria, limites de Atterberg, análise da estrutura superficial pelo 
Microscópio Eletrônico de Varredura), química (Espectroscopia de Energia Dispersiva), mecânica 
(Ensaio de resistência à compressão simples). Os ensaios foram realizados em misturas de solo-
cinza com teores de 0%, 10% e 20% de cinza, em tempos de cura de 24 horas, 7 e 28 dias, de forma 
a tornar os resultados mais representativos. Com os resultados encontrados, notou-se que a cinza de 
caldeira a coque não atuou de forma cimentante em solos, no entanto, como recomendações para 
trabalhos futuros tem-se a da atuação da cinza análise juntamente com a cal para sua possivel 
utilização na estabilização de camadas de pavimentos. 
 
PALAVRAS-CHAVE: Cinza de Caldeira a Coque, Material Alternativo, Pavimentação 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Os resíduos industriais representam um grave 
problema sócio-ambiental no cenário atual e são 
apontados como um desafio pelas empresas e 
indústrias geradoras se tratando do devido 
descarte e destinação final. Dessa maneira, tem 
crescido cada vez mais estudos direcionados ao 
aproveitamento dos diversos tipos de resíduos, 
que constitui uma alternativa além de ambiental 
como também econômica. 
 Se tratando de cinzas, as pesquisas 
direcionadas ao seu aproveitamento tornaram 
possível seu emprego na construção civil e, 
sobretudo, da cinza leve na fabricação do 
cimento Portland pozolânico. Evitando o 
problema gerado pelo seu descarte, relacionado 
com a poeira silicosa, resultante da ação do 
vento sobre a superfície das bacias de 
deposição, que atinge a população residente 
próximo às instalações, além do fato que o 
resíduo fica sujeito a processos de lixiviação de 
metais pesados, podendo contaminar o lençol 
freático e o solo da região (LEANDRO & 
FABBRI, 2009). 
 Além da questão ambiental, há ainda a 
questão econômica, uma vez que, a demanda 
por materiais de infraestrutura viária é cada vez 
maior, e se restringe muitas vezes às jazidas de 
materiais primários como brita, solo, areia, etc. 
2 
 
Sendo assim, pode-se dizer que a oferta de 
materiais de infraestrutura, gera modificações 
nas avaliações de viabilidade econômica de 
materiais ditos “alternativos”. 
 O objetivo principal desse trabalho foi 
investigar os efeitos da cinza leve proveniente 
de uma Metalúrgica de Níquel, denominada 
cinza de caldeira a coque, localizada no 
município de Niquelândia no Estado de Goías, 
quando incorporada a solos, através de ensaios 
laboratoriais, visando o aproveitamento deste 
resíduo na construção de bases e sub-bases de 
pavimentos. 
 Para tal foram realizados ensaios de 
caracterização da cinza de caldeira a coque e do 
solo proveniente da região de origem da cinza e 
ensaios mecânicos por meio do ensaio de 
compressão simples em misturas de solo-cinza 
em diferentes teores de cinza em diferentes 
tempos de cura, de modo a avaliar a ocorrência 
de reações pozolânicas ao longo do tempo. 
 
1.1 Cinza leve ou cinza volante 
 
A cinza leve ou cinza volante (fly ash) é 
constituída de partículas extremamente finas 
(100% menor que 0,15mm), leves e que são 
arrastadas pelos gases de combustão de 
fornalhas ou gases gerados em gaseificadores 
industriais. Apresentam-se em pequena 
quantidade, como esferas ocas, denominadas 
cenosferas, quando estão vazias e plerosferas, 
quando preenchidas com muitas esferas 
pequenas. Grande parcela dessas partículas é 
retida por sistema de captação – filtros de 
tecido, ciclones, precipitadores eletrostáticos, 
etc (ROHDE et al., 2006; CESAR, 2011). 
 A cinza volante é um subproduto industrial 
de combustão de carvão que é gerado em 
grandes quantidades por ano. Possui 
características de cimentação que podem ser 
utilizadas para a estabilização do solo, sem 
ativadores para melhorar suas propriedades 
mecânicas, aplicações em subleito, usadas para 
estabilizar um solo macio para se ter uma 
plataforma de trabalho estável favorável para 
construção de rodovias (BIN-SHAFIQUE, 
2005) 
 Para Pereira (2012), a cinza volante é 
classificada como um material pozolânico e 
cimentíceo, ou seja, material com presença de 
silicatos e aluminatos, que sozinhos não 
possuem grande poder cimentício, mas quando 
na forma de pó junto com água, reagem com o 
hidróxido de cálcio, assim formando compostos 
com propriedades cimentíceas, assim como as 
cinzas vulcânicas ácidas em estado natural ou 
calcinadas, argilas calcinadas, e subprodutos 
contendo sílica ativa, sílica reagente. 
 Segundo Rohde et al. (2006) os elementos 
responsáveis pela atividade pozolânica nas 
cinzas volantes são: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, 
MgO, SO3, Na2O e K2O entretanto o grau de 
reação é ainda dependente de outras variáveis 
como a distribuição do tamanho das partículas e 
mineralogia dos solos. 
 
1.2 Ensaio de compressão simples (NBR12025) 
 
O ensaio de compressão simples determina a 
resistência à compressão sem confinamento 
lateral, que é o valor da pressão correspondente 
à carga que rompe um cilindro de amostra 
submetido à um carregamento axial. A 
resistência à compressão é o valor da carga 
máxima de ruptura do material ou o valor da 
pressão correspondente à carga na qual ocorre 
deformação específica do cilindro de 20%, 
naqueles casos em que a curva tensão x 
deformação axial não apresenta pico. O ensaio 
foi realizado por meio do uso da prensa 
universal servo-hidráulica da marca 
CONTENCO com capacidade de 1000 kN, 
como mostra a Figura 1a. 
 
1.3 Ensaio não-destrutivo: Método do 
Ultrassom 
 
O método do ultrassom é um ensaio não-
destrutivo e consiste na medição, por meio de 
aparelho ultrassônico dotado de transdutores 
emissor e receptor, do tempo de propagação de 
ondas ultrassônicas através do corpo de prova 
de solo. Permite avaliar a homogeneidade e a 
compacidade do concreto, com a detecção de 
ninhos de solo, porosidade e profundidade de 
fissuras. 
O aparelho ultrassônico fornece o tempo de 
propagação das ondas ultrassônicas entre esses 
transdutores. Conhecendo-se a distância entre 
3 
 
os transdutores, pode-se calcular a velocidade 
de propagação das ondas ultrassônicas do corpo 
de prova. Quanto mais compactada for a 
amostra, maior será a velocidade de propagaçãodestas ondas. 
A Figura 1b mostra o aparelho utilizado: 
TICO Ultrasonic Testing Instrument da marca 
Proceq, modelo 325 40 006, com dois 
transdutores de 54 kHZ. Possui frequência de 
propagação da onda entre 24KHz e 500KHz é 
dotado de circuito gerador-receptor, transdutor-
emissor e transdutor-receptor, circuito medidor 
de tempo, cabos coaxiais e barra de referência 
para aferição do equipamento. 
 
 
Figura 1: Prensa de compressão axial (a) e Aparelho 
Ultrassom (b). 
 
2 MATERIAIS E MÉTODOS 
 
O trabalho realizado foi conduzido no 
Laboratório de Mecânica dos Solos e 
Laboratório de Concreto e Estruturas do 
Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro-
RJ. 
A cinza de caldeira a coque, utilizada no 
presente estudo, foi enviada e cedida para a 
pesquisa acadêmica pela empresa Votorantim 
Metais, com sede localizada no município de 
Niquelândia-GO. Quanto ao solo do estudo, 
optou-se por um solo de jazida típico da região, 
de geração das cinzas, coletado também nas 
imediações do município de Niquelândia, de 
modo a viabilizar a utilização da mistura solo-
cinza, a fim de garantir viabilidade técnica e 
econômica às obras de execução de camadas de 
pavimentos daquela região (FIGURA 2). 
 
Figura 2. Solo da região de Niquelândia-GO e cinza 
produzida pela empresa Votorantim. 
 
 Inicialmente foi realizada a caracterização 
química e microestrutural da cinza, através de 
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e 
Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) 
utilizando 3 diferentes pontos de uma mesma 
amostra para tornar os resultados 
representativos. 
 Para caracterização do solo, foram também 
realizados ensaios do solo de análise 
granulométrica por sedimentação (DNER-ME 
051/94), Densidade Real (DNER-ME 084-94), 
Limites de Liquidez (DNER-ME122-94) e 
Limites de Plasticidade (DNER-ME 082/63), 
Compactação utilizando amostras trabalhadas e 
MCT expedito proposto por Nogami e Villibor 
(1981). 
 Quanto à realização dos ensaios de 
compressão simples e não-destrutivos, foram 
moldados três corpos-de-prova para cada uma 
das misturas de solo-cinza, visto que, foram 
moldados corpos de prova em teores de 0, 10 e 
20% de cinza. E também para cada um dos três 
períodos de cura, sendo 24 horas, 7 dias e 28 
dias dispostos ao ar livre e protegidos da ação 
da chuva e vento. Os corpos-de-prova foram 
moldados no teor ótimo de umidade, com 10cm 
de diâmetro e 20cm de altura e seguiram a 
norma NBR 12025 - Ensaios de Compressão 
Simples de Corpos de Prova Cilíndricos e NBR 
12770 - Determinação da resistência à 
compressão não confinada. 
Para o ensaio de ultrassom, os valores 
médios de velocidade das ondas ultrassônicas 
foram obtidos aplicando-se o método direto, 
segundo a ABNT NBR 8802 (1994), pois a 
energia máxima do pulso na transmissão direta 
é totalmente transmitida e recebida pelos 
(a)
)) 
(b)
)) 
4 
 
transdutores. Os transdutores foram 
posicionados sobre a superfície limpa e lisa dos 
topos inferior e superior do espécime cilíndrico, 
que foi deitado em uma superfície horizontal. 
Uma fina camada de acoplante (vaselina) foi 
aplicada nas faces dos transdutores e nas 
superfícies dos corpos de prova. 
 
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
3.1 Caracterização da cinza volante 
 
A caracterização microestrutural da cinza de 
caldeira a coque, utilizada no presente estudo, 
realizada pelo MEV, é apresentada na Figura 3a 
e 3b. 
 
Figura 3: Imagem de alta resolução do cinza com 
aumento de 400x (a) e 300x (b) 
 
 Conforme a figura 3 apresentada, foi possível 
observar que a cinza possui pequena 
granulometria e estrutura porosa, o que induz 
seu uso como material fino em camadas de 
pavimentos. A cinza ensaiada na figura 3, 
considerada uma amostra representativa do 
material, serviu também para a realização da 
caracterização química por meio do EDS e seus 
resultados estão apresentados na Tabela 1. 
 
Tabela 1. Composição química da cinza volante por meio 
do EDS. 
Amostra 01 Amostra 02 Amostra 03 
Composição % Composição % Composição % 
 
MgO 2,86 
 
MgO 3,11 
 
MgO 0,6 
Al2O3 3,84 Al2O3 1,89 Al2O3 3,92 
SiO2 9,38 SiO2 3,60 SiO2 1,82 
SO3 16,2 SO3 17,6 SO3 12,7 
K2O 0,24 K2O 0,40 K2O 0,47 
CaO 56,6 CaO 71,1 CaO 79,6 
V 6,84 V 0,49 V 0,48 
FeO 2,12 FeO 1,58 FeO 0,31 
NiO 1,8 NiO - NiO - 
Cu - Cu 0,21 Cu - 
 
Segundo Rohde et al. (2006) os elementos 
responsáveis pela atividade pozolânica nas 
cinzas volantes são: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, 
MgO, SO3, Na2O e K2O. Ainda, segundo Nardi 
(1975), o óxido de cálcio (CaO) geralmente 
produz melhores resistências no solo 
estabilizado Os principais componentes da 
cinza tal como listado na Tabela 3 são: como 
SO3 e CaO, com porcentagens médias de 
15,54% e 69,13%, corroborando com a 
viabilidade da utilização da cinza de caldeira a 
coque em pavimentação. 
Os elementos apresentados pela tabela são 
esperados em cinzas provenientes do 
beneficiamento de níquel. É importante ressaltar 
a ausência de contaminantes em sua 
composição, acentuando ainda mais o seu 
possível uso em camadas da pavimentação. 
 
3.2 Caracterização do Solo 
 
Os ensaios para determinação dos limites de 
Atterberg foram feitos calculando os limites de 
liquidez - LL por meio do aparelho Casagrande 
e de plasticidade – LP, coma auxílio de placa de 
vidro esmerilhada. O índice de plasticidade é 
definido pela diferença entre os dois limites: 
 
IP = LL – LP (1) 
 
IP: Índice de Plasticidade 
LL: Limite de Liquidez 
LP: Limite de Plasticidade 
 
Este índice determina o caráter de 
plasticidade de um solo, assim, quando maior o 
“IP”, tanto mais plástico será o solo. O solo em 
estudo apresentou caráter não plastico. 
O índice de plasticidade em pavimentação 
primária é de fundamental importância, pois o 
solo deve apresentar um índice de plasticidade 
médio. Se for baixo demais o solo não 
apresentará uma boa coesão, se for alto demais 
ocasionará muita dificuldade ao processo de 
compactação. Se tratando de Base, Sub-base, 
objeto desta pesquisa, esta característica é 
menos relevante, pois o objetivo é de se 
alcançar um grau de compactação acima do que 
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se poderia esperar utilizando-se apenas água e a 
análise dos Limites implicará apenas à 
necessidade ou não de adição e, de que tipos de 
agregados, para correção desta característica. 
Para o solo em estudo os valores encontram na 
Tabela 2 abaixo: 
 
Tabela 2. Valores dos Limites de Atteberg 
Limites de Atterberg Valores encontrados 
Limite de Liquidez 37,9% 
Limite de Plasticidade 18,4% 
Índice de Plasticidade 19,5% 
 
Apesar do solo não apresentar o padrão de 
trincamento esperado em solos tropicais, foi 
observado que após ensaio de penetração o solo 
apresentou algumas trincas e as seguintes 
características: contração alta, consistência dura 
e sem inchamento. A classificação do solo, em 
gráfico proposto por Nogami, onde é 
relacionado o valor contração diametral pela 
penetração executada com agulha padrão foi de 
um solo tipo LG’(laterítico argiloso) e é 
apresentada pela Figura 4. 
 
 
Figura 4: Gráfico de classificação do solo pelo método do 
MCT expedito. 
 
O ensaio de granulometria por sedimentação, 
como mostra a Figura 5, evidenciou uma alta 
presença de finos, com 94,85% do material 
passante na peneira de nº 40, mais uma 
característica exigida para o solo ser 
classificado como um solo finolaterítico 
argiloso. O valor de densidade real ficou em 
torno de 2,61 realizado pelo método do 
picnômetro, executando-se dois ensaios e 
obtendo uma média com aproximação de ±0,02. 
 
 
Figura 5: Gráfico do ensaio de granulometria por 
sedimentação com uso de defloculante. 
 
3.3 Ensaio de resistência à compressão simples 
 
Os corpos de provas foram moldados, após 
compactação com energia Proctor Intermediária 
e seu valor de densidade máxima e umidade 
ótima foram respectivamente 1,105 g/cm
3
 e 
19,9%. Conhecido o teor ótimo, mais 9 corpos 
de prova foram moldados em conjunto de 3 
unidades para cada teor de cinza adicionado e 
estudados nos tempos de cura de 24 horas, 7 
dias e 28 dias. 
 
 
Figura 6: Exemplo da disposição dos corpos de prova 
moldados com adição de 10% de cinza de caldeira a 
coque. 
 
Analisando os corpos de prova com 0% de 
cinza, observa-se que com o aumento do tempo 
de cura, esses corpos de prova tiveram até certo 
período de cura sua resistência a compressão 
simples aumentada, porém aos 28 dias o corpo 
de prova teve um pequeno decréscimo na sua 
resistência, onde a sucção dos vazios do solo 
compactado pode ter exercido certa influência e 
6 
 
também, pelo fato da prensa ter seu valor de 
precisão muito elevado, não detectando, pois, 
valores menores. O gráfico da Figura 5 abaixo 
mostra o comportamento apresentado pelos 
corpos de prova estudados. 
 
Figura 7: Grafico Carga x Tempo, dos corpos de prova 
com 0% de cinza em tempos de cura de 24 horas, 7 e 28 
dias 
Os corpos de prova contendo somente solo 
apresentaram carga máxima de ruptura de 2,4; 
3,13 e 3,1kgf nos tempos de cura pré-
estabelecidos. Como os dois últimos valores de 
carga de ruptura foram praticamente iguais, 
levando-se em consideração a precisão de 
prensa, observa-se que houve uma estabilização 
de ruptura do conjunto cinza-solo. 
Partindo para os corpos de prova com 10%, 
de cinza, de acordo com a Figura 6, estes 
apresentaram uma diminuição das resistências à 
compressão simples de forma significativa nos 
tempos entre 7 e 28 dias, mostrando que neste 
caso a cinza não desencadeou nenhuma de 
reação benéfica à compressão. 
 
 
Figura 8: Grafico Carga x Tempo, dos corpos de prova 
com 10% de cinza em tempos de cura de 24 horas, 7 e 28 
dias. 
 
Após 24 horas o corpo de prova apresentou 
resistência de 4,2 Kgf, no sétimo dia de cura o 
corpo de prova atingiu 4,3 kgf e caiu 
acentuadamente para 2,6 Kgf aos de 28 dias. 
 Na Figura 7 abaixo, os corpos de prova 
moldados utilizando 20% de cinza de caldeira a 
coque apresentaram um pequeno acréscimo na 
sua carga de ruptura em todos os tempos de cura 
analisados. Visto que estes corpos de prova 
apresentaram 2,7; 3,03 e 3,72 Kgf para os 
tempos de cura de 24 horas, 7 dias e 28 dias 
respectivamente. 
 
 
Figura 9: Grafico Carga x Tempo, dos corpos de prova 
com 20% de cinza em tempos de cura de 24 horas, 7 e 28 
dias 
 
Da análise dos resultados obtidos, pode-se 
observar que os corpos-de prova com 10% de 
adição de cinza não desencadearam influência 
significativa sobre o valor da resistência à 
compressão simples. Enquanto os corpos-de- 
com 20% da cinza houve acréscimo na carga de 
ruptura durante todos os estágios (24h, 7 e 24 
dias), levando o estudo para uma análise mais 
profunda aumentando o teor de cinza de 
caldeira a coque. 
No entanto é notório que embora tenha 
havido acréscimo da resistência a compressão 
simples nos corpos de prova de 20%, este 
aumento no tempo de cura entre 24 horas e 7 
dias, foi inferior que o aumento ocorrido em 
corpos de prova sem adição de cinza. 
De forma geral, a variação da resistência à 
compressão simples com o aumento do teor de 
cinza de caldeira a coque nas misturas solo-
cinza ao longo dos períodos de cura, ocorreu em 
níveis muito menores que o esperado, ou seja, 
não foram observadas reações pozolânicas 
significativas que proporcionassem o aumento 
da resistência à compressão simples ao longo do 
tempo. 
Porém cabe ressaltar que o 
acondicionamento dos corpos de prova para o 
7 
 
tempo de cura pode não ter sido apropriado, 
uma vez que este não seguiu às preestabelecidas 
– NBR 12025 (Ensaios de Compressão Simples 
de Corpos de Prova Cilíndricos) – estas que 
salientam a necessidade dos corpos-de-prova 
serem colocados em câmara úmida ou 
equivalente, e lá mantidos pelo período de 
tempo especificado para a cura antes do ensaio. 
Fato este que pode ter possibilitado a perda de 
umidade e dificultado as reações químicas 
fundadas na hidratação. 
 
3.4 Ensaio de Ultrassom 
 
Em se tratando do ensaio de ultrassom, os 
corpos de prova foram ensaiados, logo antes do 
ensaio de resistência a compressão. 
Os valores encontrados, com referência a 
valores médios para qualidade do concreto em 
função da velocidade ultrassônica 
(WHITEHRST, 1955 apud PRADO, 2006), que 
gira em torno de 3,0km/s e 4,5km/s foram em 
torno de 1,2km/s a 1,67km/s, como se trata de 
solo e sem referência literária para solos, 
presume-se um resultado coerente para o tipo de 
mistura feita. A Figura 10 mostra o gráfico 
relacionando dias de cura com as porcentagens 
de cinza de caldeira a coque adicionado em 
cada mistura. 
 
 
Figura 10: Grafico Velocidade Ultrassônica x dias de 
cura. 
 
Vale ressaltar, analisando o gráfico acima 
que para 20% de adição de cinza, a mesma 
contribuiu para uma melhor compactação do 
corpo de prova, ou seja, houve uma melhor 
relação de densificação do solo com a cinza de 
caldeira a coque, muito mais efetiva do que nos 
corpos de prova com adição de 10%. 
 
4 CONCLUSÃO 
 
Com base nos resultados obtidos, concluiu-
se uma inconsistência nos valores de resistência 
à compressão simples, provavelmente 
justificado pelo acondicionamento inadequado 
dos corpos-de- prova. Fato que dificultou as 
reações de hidratação e atuação aglutinante da 
cinza de caldeira a coque. Visto que a cinza 
estudada apresenta em sua composição 
elementos responsáveis pela atividade 
pozolânica como SO3 e CaO, em porcentagens 
médias de 15,54% e 69,13% respectivamente. 
É importante ressaltar que mesmo sem mater 
os corpos de prova em camêra umida, houve 
acrescimo nas resistencias à compressão 
simples nas misturas com 20% de adição de 
cinza, evidenciando a necessidade de estudos 
mais profundos para confirmação desse teor, 
sem adição de mais um material aglutimante ou 
se possível, aumentar este teor de cinza e 
verificar suas propriedades de resistência, como 
feito nos demais. 
Para os dados de ultrassom, verificou-se uma 
melhora de densificação da amostra, com o 
incremento crescente de cinza de caldeira a 
coque, que pode ser melhor explorada em 
estudos posteriores. 
Contudo conforme disposto na literatura, há 
de se estudar a adição de cal a essas misturas, 
pois este pode proporcionar reações importantes 
que se refletiriam no melhoramento do 
comportamento mecânico, indicando o 
potencial da cinza para fins rodoviários 
Portanto o presente estudo é base para 
procedimentos futuros a fim de se determinar a 
melhoria da qualidade de misturas solo-cinza a 
serem empregados em obras de pavimentação 
como base e sub-base. Por isso o estudo é de 
extrema importância no que se refere à 
destinação de um resíduo sólido, uma vez que a 
cinza volante pode se tornar um passivo 
ambiental demandando grandes áreas e/ou 
custos com tratamento para disposição final. 
 
 
 
 
 
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